導讀：在每年一屆的IPB上海粉體展成功舉辦16載之計，集各方意見與調研，IPB決定開展各地巡演活動，并將北京作為巡演首站，此次巡演活動主題聚焦時下熱門的“3D打印”。

2018年4月20日下午，2018 IPB上海國際粉體加工/散料輸送展覽會北京巡展在北京港澳中心瑞士酒店召開。來自京津冀地區的40余位粉體行業專家、粉體原材料企業、設備供應商等參加。

圖1.會議現場

會議由中國顆粒學會和紐倫堡會展(上海)有限公司主辦，在每年一屆的IPB上海粉體展成功舉辦16載之計，集各方意見與調研，IPB決定開展各地巡演活動，并將北京作為巡演首站。此次巡演活動主題聚焦時下熱門的“3D打印”，并圍繞3D打印技術、對粉體品質要求等話題進行專家報告及行業交流。

圖2.中國顆粒學會副理事長蔡小舒教授致辭

在開幕致辭中，蔡小舒教授表示，粉體技術設計領域廣泛，其發展對推動多領域的經濟發展有著積極作用。IPB上海粉體展自2003年首次成功舉辦以來，已成為中國粉體加工及散料輸送領域 “一站式”展覽會。接著，祝愿巡展首站北京站能夠旗開得勝，并對與會著表示了感謝。

圖3.弗爾德科學儀器銷售經理葉上游先生做報告

報告題目：弗爾德科學儀器在金屬粉末及3D打印領域的應用

對于工業級金屬3D打印領域，粉末耗材仍是制約該技術規?；瘧玫闹匾蛩刂?，這是由于用于增材制造的粉末具有不同于傳統粉末所需要的粉末特性，不僅要求粉末純度高、雜質含量低，還必須瞞著粉末粒徑細小、球形度高、流動性好和松裝密度高等要求。目前，國內尚未制定出金屬3D打印用材料標準、工藝規范、零件性能標準等行業標準或國標，業內評價金屬粉末時，通常將化學成分、粒度分布作為常用指標，球形度、流動性、松裝密度可作為參考指標。將主要從化學元素分析、粒度分布及球形度這幾個方面來闡述弗爾德儀器在3D打印金屬粉末性能評價中的應用。

弗爾德科學儀器事業部銷售經理葉上游先生首先介紹了弗爾德科學儀器事業部全球架構模式，旗下品牌包括德國Retsch(萊馳)、德國Retsch Technology(萊馳科技)、Carbolite·Gero(卡博萊特·蓋羅)、德國Eltra(埃爾特)等。接著介紹了弗爾德儀器在金屬粉末及3D打印領域一站式供應產品及服務，包括萊馳Emax高能球磨儀、萊馳Retsch篩分AS系列、萊馳科技Camsizer系列動態圖像粒度粒形儀、ELTRA埃爾特元素分析儀等。

化學元素分析

對于金屬原材料及最終的粉末成品，為了檢測樣品的純度等品質，都需要進行成分及含量檢測。3D打印用金屬粉末對純凈度要求很高，除測定主要元素及雜質元素外，氧、氮、氫含量也有要求。弗爾德旗下的ELTRA（埃爾特）元素分析儀，源自德國，專注元素分析三十多年，主要產品有氧/氮/氫/碳/硫元素分析儀及熱重分析儀等。

以下是鋼中氧氮用氬氣作載氣時的測試結果：

表1 Eltra標樣91100-1001#714A的測量結果

標樣91100-1001#714A的標準含量為O 6 ppm，N 19 ppm，從上面結果可以看出，即使是對超低含量的樣品，使用Elementrac ONH-p的多次測樣結果偏差都在1 ppm以下，可見儀器的測量精確性和重復性都很優異。

圖4.Eltra的Elementrac ONH-p系列符合多個ASTM和ISO的標準

氧、氮、氫測定的ASTM標準 ：

氧、氮、氫測定的ISO標準：

表2. ELEMENTRAC ONH-p符合的標準

粒度分布

金屬3D打印常用的粉末粒度范圍是15-53um（細粉），53-105um（粗粉），部分場合下可放寬至105-150um（粗粉），目前市場上主流SLM成型設備要求的鋪粉層厚是20-50um。

德國萊馳科技（Retsch Technology）是全球第一家采用ISO13322-2動態圖像法原理設計的粒度及粒形分析儀，測量對象0.6um-8mm或10um-30mm的可流動顆粒、粉體、膠體、懸濁液、磁性材料等。萊馳科技生產的CAMSIZER X2粒度粒形儀，具有專利的雙鏡頭技術，既保證了測量范圍，又兼顧了測量精確度。CAMSIZER X2可以每秒獲取300張圖像，每張圖像上捕捉到幾百個典型顆粒，強大的軟件系統會自動根據每個顆粒的圖片計算尺寸和形態。

相比傳統的激光粒度儀，Camsizer X2取樣量大，一次進樣可達幾十萬個顆粒，因此結果更具有代表性，并且對超標顆粒的檢測靈敏度最低可達到0.01%，測量結果還可以和篩分結果進行擬對，而測量速度比篩分法更快。

圖5. 德國Retsch Technology（萊馳科技）多功能粒徑及粒形分析儀CAMSIZER X2

球形度

SLM 成形專用金屬粉末是通過氣霧化法制備得到的，顆粒一般呈球狀，但也會出現形狀不規則的顆粒，顆粒球形度直接影響粉末的流動性和松裝密度。萊馳科技的Camsizer X2粒度粒形儀，除了可以測定粒度大小及粒度分布外，還能同時獲得球形度、對稱性、寬長比、凹凸度等形態信息。Camsizer X2基于粉末顆粒二維圖像分析, 采用如下公式表征球形度S（SPHT）：

其中S 為顆粒球形度， A 為顆粒的投影陰影面積， P 為顆粒的投影周長。球形度數值越接近1，樣品球形度越好。通常大于0.95可以認為是非常好的球體，0.9-0.95認為是比較好的球體，0.9以下認為是球形度一般。

此外，在噴霧造粒的過程中，有時會有小顆粒與大顆粒粘結在一起的情況，這種顆粒稱為衛星顆粒。在圖6的掃描電鏡圖像中，可以清楚看到這種粘結顆粒的存在：

圖6.金屬粉末掃描電鏡圖像中觀察到的衛星顆粒

衛星顆粒也是影響粉末流動性的主要參數之一。對于衛星顆粒，Camsizer可X2以用b/l（寬長比）來進行表征：

式中X_c min是顆粒的投影寬度，X_Fe max是顆粒的投影長度。下圖是幾種金屬粉末寬長比及球形度的測試結果舉例：

圖7.幾種金屬粉末的寬長比測試結果

由上圖可知，寬長比b/l數值越接近1代表衛星顆粒含量越少。

結論

隨著增材制造的快速發展，相應的在原材料質量監控環節，其檢測技術也需要加快發展，為整個制造過程把好關。ELTRA的ELEMENTRAC ONH-p氧氮氫分析儀，能精確滿足3D打印金屬粉末的元素含量范圍。

 檢測3D打印用金屬粉末粒度粒形時，采用以動態圖像法為原理的Retsch Technology的Camsizer X2粒度粒形儀，可以實現一次進樣，同時得到粒度及粒形信息，大大提高質量監控效率。所以在3D打印金屬粉末領域，弗爾德科學儀器將成為您的得力助手。